При эксплуатации ТЭС часто возникают ситуации, когда к существующему паропроводу нужно добавить новый участок или произвести монтаж протяженных участков труб. Именно таким способом проще всего обеспечить практические потребности ТЭС или повы­сить надежность паропровода. Поверочные прочност­ные расчеты новой паропроводной системы формаль­но выполняются, однако обычно в них не учитываются некоторые существенные особенности и поэтому они не отражаются в технической документации. В резуль­тате модифицированные паропроводы принимаются в эксплуатацию с неоптимальным распределением внут­ренних напряжений и уклонов, что может привести (а нередко и приводит) к:

трудностям регулировки нагрузки опорно-подвес­ной системы (ОПС);

необъяснимым, на первый взгляд, повреждениям элементов;

появлениям гидроударов в период пусковых опера­ций;

возникновению значительной температурной не­равномерности по периметру паропроводов и их пла­стической деформации.

Паропровод может находиться в нескольких со­стояниях: монтажном, холодном и рабочем. В монтаж­ном состоянии вся трасса трубопровода опирается на промежуточные монтажные крепления, при этом внут­ренние напряжения в паропроводе минимальны (в идеальном случае они имеют нулевые значения). В хо­лодном состоянии на паропровод действуют массовые распределенные и сосредоточенные нагрузки, а также реакции элементов опорно-подвесной системы. В этом случае внутренние напряжения обычно максимальны, а упругая ось паропровода наиболее деформирована.

В рабочем состоянии после реализации температур­ных расширений участков и уменьшения деформации оси внутренние напряжения в паропроводе снижаются до технически приемлемого уровня. Все эти состояния планируются при проведении проектных прочностных расчетов и будут автоматически осуществляться при правильном монтаже паропровода.

Замена одного участка паропровода другим (или монтаж нового участка) обычно выполняется так же, как при обычных ремонтах сварных соединений: упру­гие опоры паропровода ставятся на фиксаторы, произ­водятся разрезка и демонтаж старого участка и при­соединение нового. Затем фиксаторы снимаются, и считается, что модифицированный паропровод готов к эксплуатации, а внутренние силовые факторы соответ­ствуют проектным.

Для того чтобы прояснить, что же неверного в этой обычной практике, нужно рассмотреть состояние ос­тающегося в эксплуатации старого и вновь смонтиро­ванного участков паропровода до момента их соедине­ния в единую систему Старый участок паропровода находится в холодном, т.е. в наиболее напряженном и деформированном состоянии, а зона, в которой произ­водится стыковка участков, смещена от первоначаль­ного монтажного состояния на значение перемещений, сопровождающих переход паропровода из монтажного состояния в холодное. Чем более гибким является па­ропровод, тем больше эти перемещения.

Новый участок в момент стыковки находится в монтажном состоянии, т.е. внутренние напряжения в нем близки к нулю. Таким образом, исходное состоя­ние собранной воедино системы не будет соответство­вать проектной расчетной схеме, поскольку в послед­ней предполагается, что начальное состояние всего па­ропровода является монтажным. По существу, все про­деланные при таком способе монтажа операции можно образно представить как разрезку паропровода, встав­ку в него клинообразного участка и соединение кон­цов.

Полученная система после демонтажа блокирую­щих приспособлений приходит в состояние равнове­сия с нагрузками элементов опорно-подвесной систе­мы. Очевидно, что эти нагрузки, как и внутренние на­пряжения, обеспечивающие равновесие, будут отли­чаться от проектных значений. Для такого паропрово­да нагрузки опор могут быть приведены к проектным значениям только в одном из его состояний (холодном или рабочем). Однако, во-первых, эти нагрузки уже не будут отвечать проектному распределению внутрен­них силовых факторов, а, во-вторых, невозможно бу­дет добиться проектных нагрузок опор в обоих состоя­ниях паропровода — холодном и рабочем.

Кроме того (и это весьма существенно), поскольку оставленный в эксплуатации участок паропровода уже был смещен из своего монтажного состояния, очевид­но, что и планируемые уклоны трасс модифицирован­ного паропровода будут отличаться от своих проект­ных значений и, возможно, не в лучшую сторону. Та­ким образом, в холодном состоянии в новой системе возникает иное (непроектное) распределение внутрен­них силовых факторов и вместо ожидаемого повыше­ния надежности паропровода может произойти ее сни­жение.

Для иллюстрации рассматривается конкретная си­туация, возникшая на одной из ТЭЦ АО «Мосэнерго». На рисунке показан паропровод, проложенный от кот­ла до промежуточной неподвижной опоры, на котором требовалось заменить участки от котла до тройникового соединения (узел 3), а также обеспечить на этих участках требуемые значения уклонов к точке дрени­рования.

Следует отметить, что паропроводы котла, которые были смонтированы ранее (0325x38 мм), были более податливыми, чем паропроводы, которые предусмат­ривались в проекте замены (0325x50 мм). Кроме того, из-за неопределенности напряженного состояния сис­темы, вызванного ранее проведенной восстановитель­ной термообработкой, практически невозможно было оценить расчетным путем, какие полные перемещения из монтажного состояния в холодное и рабочее имело тройниковое соединение. Из этого следовало, что если поставить все пружинные опоры остающейся в экс­плуатации части паропровода на фиксаторы и присое­динить к тройнику новые участки, то получение правильного распределения уклонов по трассе паропроводов от котла до тройника не гаранти­ровано;

попытка «притянуть» тройник в зоне стыковки к новым участкам паропроводов также изменит задан­ное для них распределение уклонов, следствием чего может быть значительное (как показала практика, до 250 мм) искажение прямолинейности заменяемых уча­стков под действием температурной неравномерности по периметру сечений;

произвольное снятие нагрузки с части пружинных опор до стыковки не позволит по ее окончании восста­новить правильное распределение нагрузок по всей ОПС.

Выход из создавшегося положения состоял в сле­дующем: чтобы избежать перечисленных осложнений участок 2 — 3 паропровода от тройника до непод­вижной опоры нужно было привести к монтажному состоянию. В этом случае можно было обеспечить вы­полнение проектных требований по уклонам горизон­тальных участков. Кроме того, принималась во внима­ние необходимость дополнительной разрезки верти­кального участка от тройника в сторону неподвижной опоры с его последующим укорочением или удлинени­ем (в соответствии с обстоятельствами) для обеспече­ния гарантированного уклона на вновь монтируемых участках.

Далее подробно рассматривается разработанная методика перевода участка паропровода 2 — 3 в мон­тажное состояние.

Из расчета на прочность и самокомпенсацию тем­пературных расширений, выполненного по программе «Рампа», следовало, что если бы все паропроводы монтировались одновременно, то полные вертикаль­ные перемещения узла опоры № 44 при переходе из монтажного состояния в рабочее составляли + 15 мм, а видимые (из холодного состояния в рабочее) — + 18 мм. Таким образом, перемещение указанной опо­ры, а также тройника при переводе паропровода из монтажного состояния в холодное равно 15мм--18 мм = - 3 мм. После стыковки с вновь монтируе­мыми паропроводами, срезки раскреплений и наладки ОПС узел тройника должен опуститься на 3 мм по от­ношению к своему монтажному положению. Значение этого перемещения в данном и в других подобных слу­чаях является контрольным для оценки корректности выполненных мероприятий.

Пусть участок 2— 3 отсоединен от остальных па­ропроводов непосредственно за тройниковым соеди­нением. Нужно определить, какие нагрузки должны иметь упругие опоры этого участка для того, чтобы уравновесить его массу при температуре проведения монтажа. Эти значения можно получить с помощью программы «Рампа». Расчет должен выполняться для участка от тройника до неподвижной опоры при усло­вии, что узел 3 (с тройником или без него в зависи­мости от реальных обстоятельств) остается свобод­ным.

Результаты расчета приведены в таблице. В ней для сопоставления кроме уравновешивающих массу

участка 2 — 3 нагрузок упругих опор приведены на­грузки этих же опор в холодном состоянии перед про­ведением модернизации, а также индивидуальная и суммарная разницы этих нагрузок.

Приведенные в таблице значения нагрузок опор, которые имел паропровод до разрезки, уравновешива­лись внутренними напряжениями удаляемой части па­ропровода. Вместо нее к присоединению готовится участок, который в момент стыковки не имеет внут­ренних напряжений. Таким образом, из данных, приведенных в последнем столбце таблицы, следует, что ес­ли паропровод на участке 2 — 3 будет раскреплен при нагрузках опор, зафиксированных в холодном со­стоянии старого паропровода, то после завершения монтажа и удаления фиксаторов избыточная нагрузка этих опор разгрузит упругие опоры на замененных участках. Кроме того, она будет вызывать перемеще­ние вверх новых участков до тех пор, пока паропровод не уравновесится изменением нагрузки всей опорно-подвесной системы. Поэтому после сборки напряжен­ное состояние этой системы, а возможно, и уклоны участков уже не будут иметь проектные значения.

Во избежание этого упругие опоры участка 2 — 3 в момент проведения сборки всей системы паропрово­дов должны иметь значения уравновешивающей на­грузки опор, равные приведенным в таблице. Техноло­гически это может быть выполнено следующим обра­зом:

паропровод на участке 2 — 3 (а не его упругие опоры) в холодном состоянии закрепляется в несколь­ких местах для исключения вертикальных перемеще­ний и отделяется от тройника;

проверяется наличие необходимого запаса резьбы в резьбовых соединениях упругих опор; при необходи­мости на тягах опор монтируются талрепы;

с помощью запаса резьбы тяг на пружинных блоках и вспомогательных грузоподъемных механизмов сни­жается нагрузка каждой из пружинных опор участка

2 — 3 до уравновешивающих значений нагрузки, указанных в таблице;

снимается закрепление участка 2 — 3 ;

если в момент снятия закрепления происходит вер­тикальное перемещение паропровода (из-за внутрен­них силовых факторов, которые в данном случае не­возможно учесть и которые можно выявить только обеспечив паропроводу свободу перемещений), то вы­полняется дополнительная регулировка нагрузки уп­ругих опор в соответствии с расчетными данными, приведенными в таблице;

проверяются уклоны горизонтальных участков и их соответствие проектным данным;

при отличии распределения уклонов от проектных значений выполняется разработка и проводятся меро­приятия по устранению этого недостатка;

упругие опоры уравновешенного участка 2 — 3 устанавливаются на фиксаторы;

после полной сборки паропроводов производится демонтаж фиксаторов (по очереди, начиная от опо­ры 8) с упругих опор рассматриваемого участка, а на­грузки опор с помощью резьбы на тягах пружинных блоков или талрепов увеличиваются до нагрузок хо­лодного состояния новой системы (при этом фиксаторы с упругих опор вновь смонтированных участков не удаляются);

выбирается возможная слабина в цепях пружинных опор новых участков и демонтируются фиксаторы, ус­тановленные на них;

при необходимости выполняется дополнительная регулировка нагрузки всех пружинных опор.

Перечисленные мероприятия были реализованы в процессе монтажа под наблюдением сотрудников АО «Фирма ОРГРЭС». При этом обеспечивались все тре­буемые проектом уклоны горизонтальных участков, а также нагрузки пружинных опор в холодном и рабо­чем состояниях. Результаты анализа перемещений па­ропровода из монтажного состояния в холодное под­твердили корректность исходных данных и методики выполнения модернизации.

Выводы

1. Многие проекты частичных замен паропроводов, а также подключение новых участков к существующим паропроводам имеют недостатки, обусловленные от­сутствием учета особенностей напряженного состояния остающихся в работе и вновь монтируемых участ­ков. В частности, в них не предусматриваются меро­приятия по корректному осуществлению операции стыковки паропроводов. Следствием этого может быть снижение надежности модифицированных паропрово­дов.

2. Во многих случаях для обеспечения проектных значений внутренних напряжений, проектных нагрузок упругих опор и уклонов модифицированных паропро­водов перед выполнением операций стыковки необхо­димо переводить остающуюся в эксплуатации часть па­ропроводов в монтажное состояние.

3. Предлагаемые технологические операции не име­ют альтернативы и являются единственным коррект­ным путем решения рассматриваемой задачи, что обу­словлено сложностью правильной оценки любых дру­гих вариантов ее решения и неопределенностью исход­ного состояния модифицируемых паропроводов. Пере­вод паропроводов в монтажное состояние при проведе­нии модернизации позволяет избежать многих проблем и обеспечивает их проектную надежность.

Список литературы.

1. Минин В. А., Дмитриев Г. С. Перспективы развития ветро­энергетики на Кольском полуострове. Апатиты, 1998.

2. Минин В. А., Дмитриев Г. С, Минин И. В. Перспективы освоения ресурсов ветровой энергии Кольского полуостро­ва. - Изв. РАН. Энергетика, 2001, № 1.

3. Wind Energy on Kola Peninsula - Feasibility Study / Wolff J., Minin V., Dmitriev G. et.al. - VTT Energy, Finland, Helsinki, 1999, Report ENE 6/3/99.

4. Wind Atlas Analysis and Application Programm (WASP) / Mortensen N. G., Landberg L., Ib Tren, PetersenE. L.. Riso National Laboratory. Roskilde, Denmark, 1993.